Смеси из взаимно растворимых жидкостей

Делят на две группы:

1. Смеси жидкостей, в которых силы сцепления между молекулами обоих компонентов такие же, что и между молекулами каждого из компонентов (идеальные смеси).

2. Смеси с положительным или отрицательным отклонением сил сцепления между молекулами низкокипящего и высококипящего компонентов от сил сцепления между молекулами каждого из компонентов (реальные смеси).

Идеальные смеси для которых выполняется закон Рауля, т. е. парциальное давление пара каждого компонента р_А, р_В над жидкой смесью при любой постоянной температуре равно произведению молекулярной концентрации данного компонента в жидкой фазе х_А, х_В на давление его паров над чистой жидкостью Р_А, Р_В при той же температуре. Для компонента А закон Рауля: р_А=Р_А∙х_А.

Если общее давление над смесью р, то для состояния равновесия согласно закону Дальтона:

Y_a = P_A∙x_А/Р.

Так как х_в = 1 - х_А, то по законам Рауля и Дальтона

тогда

Относительная летучесть .

тогда

где величина выражает отношение количества низкокипящего компонента к количеству высококипящего компонента в паре; - отношение количества низкокипящего компонента к количеству высококипящего компонента в жидкости.

Из уравнения следует, что относительное содержание низкокипящего компонента в паре в α раз больше, чем его содержание в жидкости. Чем больше α, тем резче различаются составы паровой и жидкой фаз.

Из законов Рауля и Дальтона P = p_A + p_B = P_A Х_А + P_B (1 - x_A) видно, что при постоянной температуре парциального давления компонентов, а также общее давление паров над смесью находятся в линейной зависимости от X_A.

Температура кипения смеси заданного состава Х_А является функцией давления пара. Для ее определения строят по значениям давлений насыщенных паров чистых компонентов (из справочников) изобары АВ, выражающую общее давление паров при определенной температуре. Линию парциальных давлений р_А=р_В получают, соединяя точки А и В с точкой О. Далее проводят горизонтальную прямую MN, соответствующую внешнему давлению Р. Из точки D опускают перпендикуляр. При температуре t смесь кипит с содержанием Х_А. Аналогично при t₁, находят (рис. 8.4).

Из подобия треугольников следует, что:

Отсюда

где Р_А - давление чистого компонента при t.

Соединив x_i получим линию кипения, у_i - линию конденсации.

В случае дистилляции точка смещается влево. t-x - фазовая диаграмма, y-x - диаграмма равновесия. Чем ближе кривая равновесия к диагонали, тем труднее разогнать смесь.

Рисунок 8.4 - Характерные зависимости для бинарных смесей, подчиняющихся закону Рауля

а - упругость паров над кипящей жидкостью в зависимости от состава;
б - диаграмма кипения и конденсации смеси (фазовая диаграмма); в - диаграмма равновесия у-х